Ein neuartiger Mehrpunkt-Wechselrichter für PM-Synchronmaschinen

Abstract:
Der Beitrag behandelt einen neuartigen Mehrpunkt-Wechselrichter für elektrische Antriebe. Er ist besonders geeignet für permanenterregte (PM) Synchronmaschinen hoher Leistungsdichte. Eine mehrstufige Ausgangsspannungsform mit Ausgangsspannungen größer als die Zwischenkreisspannung kann mittels des neuen Umrichters eingeprägt werden. Dies wird durch steuerbare interne Kondensatorzweige erreicht. Dadurch werden Auslegungen ohne zusätzlichen Feld-schwächstrom bei hohen Drehzahlen sinnvoll möglich. Die neue Topologie ermöglicht, erweiterte Freiheitsgrade für die Regelung des Systems zu nutzen, u.a. die Möglichkeiten spezielle Faktoren besser zu optimieren, zum Beispiel die Strom- bzw. Momentenwelligkeit. Im Vergleich zu konventionellen Umrichter-Topologien ermöglicht der neue Wech-selrichter mit einem darauf angepassten Motor einen höheren Gesamtwirkungsgrad. Zusätzlich kann durch die mehrstu-fige Ausgangsspannung die Schaltfrequenz für eine gegebene Grundfrequenz niedriger gewählt werden. Im Einsatz mit PM Maschinen besitzt der neue Umrichter die Fähigkeit ein Zurückspeisen der Maschine auf den Zwischenkreis und ein damit verbundenes, unerwünschtes Bremsen zu verhindern. Die neue Umrichtertopologie eignet sich für verschiedene Phasenzahlen und ermöglicht Motor- und Generatorbetrieb. Sowohl Vollbrücken- als auch Halbbrückenschaltungen sind realisierbar. Der Beitrag gibt einen Überblick über den neuen Wechselrichter und zeigt eine Beispielrechnung, welche die neue Umrichtertopologie mit einer konventionellen Topologie bezüglich der Systemverluste vergleicht.